GraFix 密度梯度離心在冷凍電鏡樣品制備中的應(yīng)用

——基于貝克曼庫爾特（Beckman?Coulter）完整解決方案的實踐解析

在冷凍電鏡（cryo-EM）樣品制備過程中，蛋白聚集、不均一和碎片化是影響分辨率和成像成功率的核心難題。GraFix 密度梯度離心技術(shù)通過梯度分離 + 溫和化學(xué)固定，可顯著提升蛋白復(fù)合物的穩(wěn)定性與均一性，被廣泛用于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究。

貝克曼庫爾特（Beckman Coulter）生命科學(xué)圍繞 GraFix 應(yīng)用，提供從密度梯度制備、超速離心到樣品回收的完整解決方案，幫助研究者在樣品制備階段獲得更高一致性與可重復(fù)性，從而提升冷凍電鏡數(shù)據(jù)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)解析成功率。

冷凍電鏡制樣為何頻頻“翻車”？

在電子顯微鏡，尤其是**冷凍電鏡（cryo-EM）**制樣過程中，蛋白樣品常面臨以下問題：

·       蛋白或蛋白復(fù)合物易發(fā)生聚集

·       樣品成分不均一

·       脆弱復(fù)合物在制樣過程中發(fā)生碎片化或解體

這些問題會直接降低成像對比度與信噪比，限制最終結(jié)構(gòu)分辨率。即便采用常見的樣品制備流程，如色譜純化、透析或碳膜吸附，也難以完全避免上述風(fēng)險。

GraFix：破解蛋白不穩(wěn)定的關(guān)鍵技術(shù)

GraFix（Gradient Fixation）密度梯度離心技術(shù)，通過將密度梯度離心與溫和化學(xué)固定相結(jié)合，成為冷凍電鏡樣品制備中的有效解決方案。

其核心原理是：

·       在密度梯度離心過程中，將目標蛋白或復(fù)合物與雜質(zhì)分離

·       同時通過溫和固定劑穩(wěn)定蛋白構(gòu)象，減少聚集與解體

GraFix實驗示意圖

經(jīng) GraFix 處理后，樣品可直接用于負染電鏡或無染色冷凍電鏡實驗。

研究與實踐表明，GraFix 能夠：

·       顯著降低蛋白聚集和降解顆粒比例

·       提高樣品均一性，高質(zhì)量顆粒數(shù)量提升數(shù)倍

·       提升圖像信噪比，清晰圖像比例由傳統(tǒng)方法的約 10% 提升至 80% 以上

·       在不引入假結(jié)構(gòu)的前提下，獲得真實可靠的結(jié)構(gòu)信息

例如，使用 GraFix 制備的 70S 核糖體，其冷凍電鏡結(jié)果與已知 X 射線晶體結(jié)構(gòu)高度吻合；APC/C 復(fù)合物的結(jié)構(gòu)分辨率也由約 25 Å 提升至 21 Å。

GraFix 對低豐度與不穩(wěn)定復(fù)合物尤為關(guān)鍵

對于含量低、穩(wěn)定性差的蛋白復(fù)合物，GraFix 的價值尤為突出。

GraFix 處理后的樣品具有：

·       更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

·       可安全進行脫甘油操作

·       在電鏡網(wǎng)格上的吸附時間顯著延長（可達數(shù)小時）

·       完整顆粒數(shù)量提升 10 倍以上

這使得許多原本難以“看到顆粒”的稀有復(fù)合物，也能成功進入冷凍電鏡結(jié)構(gòu)解析流程。

用GraFix制備的APC/C復(fù)合物，結(jié)構(gòu)解析效果明顯提升，分辨率從25 Å提高到21 Å

GraFix 的關(guān)鍵難點：梯度配置與操作一致性

盡管 GraFix 技術(shù)原理清晰，但其成功高度依賴于：

·       線性密度梯度液的精準配置

·       多管樣品間的高度一致性

·       離心與分餾過程的可重復(fù)性

這正是貝克曼庫爾特（Beckman Coulter）生命科學(xué)在樣品制備流程中發(fā)揮價值的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

貝克曼庫爾特（Beckman Coulter）完整 GraFix 樣品制備解決方案

圍繞 GraFix 應(yīng)用，貝克曼庫爾特生命科學(xué)提供覆蓋全流程的密度梯度離心解決方案，幫助研究者將復(fù)雜操作轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定、可控的標準流程。

OptiMATE 全自動密度梯度分液系統(tǒng)｜貝克曼

·       自動化、可重復(fù)的梯度制備

·       線性梯度離心運行時間縮短75%

·       僅需幾小時即可培訓(xùn)新用戶

·       適用于AAV、EV、LNP等多種樣品

Optima X 系列超速離心機（Beckman Coulter）

·       超過 78 年超速離心技術(shù)積累

·       先進軟件控制與多重安全保護

·       豐富轉(zhuǎn)子與離心管選擇，適配多種樣品

·       國產(chǎn)化生產(chǎn)，采購周期更可控

OptiXTRACT 樣品回收工具｜貝克曼庫爾特

·       引導(dǎo)式針頭穿刺，安全提取條帶

·       一次最多可同時抽取5個條帶

·       實現(xiàn)精準、可重復(fù)的樣品回收

通過 Beckman Coulter 提供的梯度制備、離心與回收體系，GraFix 樣品制備從“經(jīng)驗型操作”轉(zhuǎn)變?yōu)闃藴驶?、可?fù)制的樣品制備流程。

從樣品制備到結(jié)構(gòu)解析的關(guān)鍵一環(huán)

對于結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究來說，高分辨率冷凍電鏡結(jié)果，往往始于穩(wěn)定、均一、可控的樣品制備。

GraFix 密度梯度離心技術(shù)，結(jié)合 貝克曼 / 貝克曼庫爾特 / Beckman Coulter 的完整儀器與工具支持，正在幫助研究者：

·       降低制樣失敗概率

·       提高數(shù)據(jù)可重復(fù)性

·       加速從樣品到結(jié)構(gòu)的研究進程

FAQ（常見問題）

Q1：GraFix 會不會引入假結(jié)構(gòu)？

不會。GraFix 采用溫和化學(xué)固定，用于穩(wěn)定已有構(gòu)象，不會誘導(dǎo)非天然結(jié)構(gòu)，且其結(jié)果已被多種結(jié)構(gòu)技術(shù)驗證。

Q2：GraFix 是否兼容其他分析方法？

是的。GraFix 處理后的樣品可兼容質(zhì)譜、電鏡分子量測定、光散射及 X 射線衍射等技術(shù)。

Q3：為什么 GraFix 對低豐度樣品特別重要？

GraFix 可顯著提高顆粒完整性和網(wǎng)格吸附穩(wěn)定性，使低豐度樣品獲得足夠的數(shù)據(jù)用于冷凍電鏡分析。

Q4：貝克曼庫爾特在 GraFix 中主要解決什么問題？

**貝克曼庫爾特（Beckman Coulter）**主要幫助解決 GraFix 中梯度配置、離心一致性與樣品回收可重復(fù)性的問題，使整個樣品制備流程更加穩(wěn)定可靠。

參考文獻

GraFix: sample preparation for singleparticle electron cryomicroscopy.